JP4183064B2

JP4183064B2 - 曲り歯かさ歯車の加工方法

Info

Publication number: JP4183064B2
Application number: JP2002297183A
Authority: JP
Inventors: 久夫奥田
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2022-10-10
Also published as: JP2004130434A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、曲り歯かさ歯車の加工方法に係り、特に、種々の仕様に柔軟に対応した加工を行うことができるのは勿論のこと、マシニングセンタを使用した場合のアンダーカットの問題を解消することができる曲り歯かさ歯車の加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
曲り歯かさ歯車の加工には、たとえば特許文献１等に開示されているように、専用の歯切盤が用いられる。図５は、そのような歯切盤で曲り歯かさ歯車を加工している状態を示している。この歯切盤は、円板状をなす回転可能なカッター１の端面に、複数の歯切バイト２を円周方向へ等間隔に離間させて配置したもので、円錐台状に下加工されたワーク３を、その外周の母線が歯切バイト２の回転方向に対して傾斜するように配置し、ワーク３を歯切バイト２で複数回切削することで歯溝を１本づつ形成するようになっている。
【０００３】
ところで、曲り歯かさ歯車では、歯の端面部の加工に加えてさらに加工が求められる場合がある。たとえば、図６（Ａ）に示すように、歯３０の端面の破線で示す部分Ｐを除去して歯面３１の逃げを形成することがある。また、図６（Ｂ）に示すように、歯面３１のうち相手の歯車と摺接する歯当り面３２の位置（実線で示す）を図中破線で示す位置に変更することがある。さらに、放電加工用の電極を曲り歯かさ歯車の形状に形成する場合には、図６（Ｃ）で示すように、破線で示す設計上の大きさよりも小さく加工して放電ギャップを補正する必要がある。このように、曲り歯かさ歯車の加工では、歯切盤による単純な加工では対応できない複雑な加工が求められている。
【０００４】
複雑な形状を加工する装置としてＮＣ制御されたマシニングセンタがある。マシニングセンタは、エンドミルを把持して回転する主軸を３軸制御するものや、さらに、ワークを把持するチャックの割出し位置（チャックの回転角度位置）を制御する４軸制御のものがある。そのようなマシニングセンタを用いて曲り歯かさ歯車の加工を行う場合には、歯溝の長手方向のほぼ中央が真上を向くようにワークを把持し、歯溝の一端から他端に亘ってエンドミルを螺旋に沿って移動させながら加工する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３２３５４２号公報（第９頁、図１２）
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
ところで、曲り歯かさ歯車の加工を行う場合、歯溝の捻れの程度によってはワークの１回の割り出しではアンダーカット部が生じることがある。すなわち、図７に示すように、歯溝３３の左端部がエンドミルから見て真正面に位置するようにワークを配置すると、歯溝３３の右端部の底はエンドミルからは見えない。これがアンダーカットであり、そのような状態でＮＣ制御どおりに加工を行うと、歯面３１の図７において矢印Ｑで示す部分を削ってしまう食い込みが生じる。
【０００７】
そこで、図８に示すように、歯溝３３の例えば半分を加工した後（同図(A)）にワークを回転させて割り出し位置を変更し、次いで残り半分の歯溝の加工を行う（同図（Ｂ））ことが考えられる。しかしながら、そのような加工を行うと、１回目の加工部分と２回目の加工部分との境界に、２回の加工誤差による段差Ｓが生じてしまう。このため、マシニングセンタによる曲り歯かさ歯車の加工は実用化に至っていないのが現状であった。
【０００８】
したがって、本発明は、以下の要望に応えることができる曲り歯かさ歯車の加工方法を提供することを目的としている。
▲１▼歯面の逃げの形成といった各種仕様に柔軟に対応する。
▲２▼歯溝にアンダーカット部が存在しても食い込みを生じさせることなく加工する。
▲３▼歯面に段差を生じさせない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、工具を回転させながら３軸方向に位置制御される主軸部と、ワークを把持するとともにその軸線周りに回転させる把持部とをＮＣ制御して曲り歯かさ歯車の加工を行う曲り歯かさ歯車の加工方法であって、加工する歯溝の一端から他端までの複数の位置に歯溝断面の形状を設定し、工具が各歯溝断面を通過しながら上記一端から他端まで移動するように主軸の移動および把持部の回転を制御し、そのような工具の移動を繰り返して螺旋状の歯溝を形成することを特徴としている。
【００１０】
上記加工方法によれば、各歯溝断面の形状を適宜設定することにより、歯溝断面間の歯溝形状を任意に設定することができる。したがって、歯面の逃げなどの加工も、端部の歯溝断面の形状およびそれに隣接する歯溝断面の形状を設定することによって容易に加工することができる。また、把持部を回転させながら工具を移動させるから、工具を常に加工部位の真正面に向かわせることができ、したがって、アンダーカットの問題は生じない。なお、歯面を特殊な形状にする場合には、各歯溝断面間の距離を小さく設定することによって、アンダーカット部が生じないようにすることができる。さらに、工具が各歯溝断面を通過しながら歯溝の一端から他端まで移動するから、段差のない円滑な歯面を得ることができる。
【００１１】
具体的には、基準位置から各歯溝断面までの１軸方向の距離が設定される。この場合、歯溝断面どうしを直線でつなげると、加工データの作成が容易となる。また、基準位置から各歯溝断面までの把持手段の１軸回りの回転角度が設定される。この場合の把持手段の回転は連続回転であり、これにより、螺旋状の歯溝が加工される。また、各歯溝断面の形状が例えばＣＡＤにより設計され、それらの諸元と工具の１パス当たりの送り量などからＮＣ制御用の加工データが作成され、加工データは例えばマシニングセンタに入力される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図１〜図４を参照して説明する。図１は実施形態の曲り歯かさ歯車の加工方法を実施するためのマシニングセンタであり、図において符号１０はその基台である。基台１０の一端部には、回転駆動部１１が取り付けられ、回転駆動部１１には、それによって回転させられる開閉可能なチャック（把持部）１２が取り付けられている。また、基台１０の他端部には、芯押し台１３が取り付けられ、芯押し台１３には、チャック１２と軸線を一致させた芯押し１４が回転自在に支持されている。また、基台１０の上方には、主軸（主軸部）１５が配置され、主軸１５にはエンドミルなどの工具１６が着脱自在に取り付けられている。
【００１３】
上記のようなマシニングセンタには、ワークＷが装着されて加工される。その場合、ワークＷの先端部が芯押し１４に嵌合され、基端部がチャック１２に把持される。ワークＷの加工に先立ち、ＮＣデータが作成される。図２は、ワークＷに加工する歯溝３３を示す斜視図である。この実施形態では、まず、Ｘ軸の原点からＸ軸に直交する歯溝断面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５までのＸ軸方向の距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５および各歯溝断面Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５までのチャック１２のＸ軸回りの回転角度θ１，θ２，θ３，θ４，θ５が設定され、また、各歯溝断面Ｓ１〜Ｓ５がＣＡＤ等によって設計される。歯溝断面Ｓ１〜Ｓ５は、歯溝３３の歯面の形状に応じて設計され、その数や間隔は任意である。上記回転角度θ１，…およびＸ軸方向の距離Ｌ１，…の比θ１，…／Ｌ１，…が歯溝３３の捻れ角となり、この捻れ角は、一般には歯溝３３の全長に亘って一定とされる。
【００１４】
歯溝断面Ｓ１〜Ｓ５は、歯面３１の形状に変化を与えるために設けられる。たとえば、歯溝３３の端部に歯面３１の逃げを設ける場合には、歯溝断面Ｓ１を歯溝断面Ｓ２よりも大きくする。歯溝断面Ｓ１から歯溝断面Ｓ２までは直線状につなげられる。これにより、歯溝断面Ｓ２から歯溝断面Ｓ１にかけて断面積が徐々に大きくなる逃げが形成される。また、相手の歯車と摺接する歯当り面を例えば歯溝断面Ｓ３，Ｓ４間に設けることができる。その場合には、その間の歯面３１の一部が他の部分から僅かに突出するように歯溝断面Ｓ３，Ｓ４が設計される。このように、歯面３１の形状が変化する部分に歯溝断面Ｓ１〜Ｓ４が設定されるが、歯面３１の形状が変化しない部分にも歯溝断面を設定することが望ましい。これにより、工具の軌跡を設計された歯溝形状に確実に合致させることができる。
【００１５】
図３（Ａ）はＸ軸方向から見た各歯溝断面Ｓ１〜Ｓ５を示している。各歯溝断面Ｓ１〜Ｓ５は、基準となるＺ軸からそれぞれ角度θ１，…，θ５をなす位置に設定されている。図３（Ｂ）に示すように、工具１６は、チャック１２を回転させながら歯溝断面Ｓ１〜Ｓ５を通過するように３軸制御され、これにより歯溝３３が加工される。図４は、工具１６の動作をＹ軸方向から見た状態を示す図である。工具１６は歯溝３３の一端と他端との間で往復し、その際にピッチＰだけワークＷ側へ送られて加工が進められる。図４（Ｂ）に示すように、チャック１２を回転させながら工具１６を移動させるから、工具１６は常に歯溝３３の正面に向かっている。したがって、アンダーカット部は生じない。
【００１６】
このように、上記のような加工方法では、アンダーカットの問題が生じず、しかも、各歯溝断面Ｓ１からＳ５の形状を適宜設定することにより、歯溝断面Ｓ１〜Ｓ５間の歯溝形状を任意に設定することができる。したがって、歯面の逃げなどの加工も、歯溝断面Ｓ１の形状およびそれに隣接する歯溝断面Ｓ２の形状を設定することによって容易に加工することができる。また、工具１６が各歯溝断面Ｓ１〜Ｓ５を通過しながら歯溝３３の一端から他端まで移動するから、段差のない円滑な歯面を得ることができる。
【００１７】
なお、上記実施形態では、工具１６を歯溝３３の一端と他端との間で往復させて加工を行っているが、他の加工方法を採用することもできる。たとえば、工具１６をＹ，Ｚへ移動させて歯溝３３の断面を加工し、次いで工具１６をＸ軸方向へ移動させるとともにチャック１２を回転させるというように、歯溝３３を彫り進んでゆく加工方法も採用することができる。ただし、この場合には、工具１６の送りがＸ軸方向であるために送りピッチＰの痕がＸ軸と直交して生じてしまい、歯溝３３として望ましくない。そこで、上記のような加工方法を粗加工で行い、仕上加工は、上記のように工具１６を歯溝３３の一端と他端との間で往復させて行うことが望ましい。
【００１８】
また、マシニングセンタは、複数の工具を装着して加工時に適宜交換して用いることができるので、工具１６を粗加工と仕上加工とで交換することができる。ただし、加工装置は、マシニングセンタに限定されるものではなく、ＮＣフライス盤などＮＣ制御される他の加工装置を用いることもできる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明によれば、加工する歯溝断面の一端から他端までの複数の位置に歯溝断面の形状を設定し、工具が各歯溝断面を通過しながら一端から他端まで移動するように主軸の移動および把持部の回転を制御し、そのような工具の移動を繰り返して螺旋状の歯溝を形成するから、各歯溝断面の形状を適宜設定することにより、歯溝断面間の歯溝形状を任意に設定することができるとともに、アンダーカットの問題が生じず、さらに、段差のない円滑な歯面を得ることができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の加工方法を実施するためのマシニングセンタを示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態で加工される歯溝を示すＹ軸方向矢視である。
【図３】（Ａ）は、本発明の実施形態で加工される歯溝の歯溝断面をＸ軸方向から見た図、（Ｂ）は歯溝のＸ軸方向矢視である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の実施形態で加工される歯溝のＹ軸方向矢視である。
【図５】歯切盤で曲り歯かさ歯車を加工する従来の加工方法を示す裏面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の加工方法で問題となる歯溝の特殊加工を説明するためのＹ軸方向矢視である。
【図７】従来の加工方法で問題となるアンダーカットを説明するための歯溝を示すＹ軸方向斜視である。
【図８】（Ａ）および（Ｂ）はアンダーカットに対する従事の加工方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１２チャック（把持部）
１５主軸（主軸部）
１６工具
３３歯溝
Ｓ１〜Ｓ５歯溝断面
Ｗワーク

Claims

工具を回転させながら３軸方向に位置制御される主軸部と、ワークを把持するとともにその軸線周りに回転させる把持部とをＮＣ制御して曲り歯かさ歯車の加工を行う曲り歯かさ歯車の加工方法であって、
加工する歯溝の一端から他端までの複数の位置に歯溝断面の形状を設定し、上記工具が各歯溝断面を通過しながら上記一端から他端まで移動するように上記主軸の移動および把持部の回転を制御し、そのような上記工具の移動を繰り返して螺旋状の歯溝を形成することを特徴とする曲り歯かさ歯車の加工方法。
前記各歯溝断面間の距離は、歯溝断面間でアンダーカット部が生じないように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の曲り歯かさ歯車の加工方法。
基準位置から前記各歯溝断面までの１軸方向の距離を設定し、各歯溝断面どうしを直線でつなげる加工データを作成することを特徴とする請求項１または２に記載の曲り歯かさ歯車の加工方法。